9.2. Дефектоскопия

Для деталей механического оборудования, работающих на ударные и знакопеременные нагрузки (осей колесных пар. ре* сор, сцепных приборов, деталей рессорного подвешивания, рулевых рычагов и поворотных цапф троллейбусов, деталей тяговой передачи, полуосей и др.), наиболее опасным видом разрушения являются изломы, связанные с появлением трещин усталости. Обычные мето­ды дефектовки таких деталей — осмотр и инструментальный конт­роль недостаточны, так как не дают гарантии дальнейшей надеж­ной работы в эксплуатации. Обнаружить развивающиеся трещин усталости, в особенности когда они залегают глубоко в детали практически трудно, а в ряде случаев и невозможно ни внешним осмотром, ни обычными методами измерений. Поэтому ответственные детали, состояние которых определяет безопасность движения при дефектовке проверяют методами дефектоскопии.

Основными методами дефектоскопии являются: магнитная, ультрозвуковая, люминесцентная, метод просвечивания и метод красок. Ни один из этих методов не является универсальным, поэтому в зависимости от конкретных условий проверки, материала деталей, их размеров и конфигураций применяют те или другие из них. Внедрение дефектоскопии позволяет не только своевременно отбраковать негодные детали, но и анализировать причины брака с соответствующим изменением технологии ремонта деталей подвижного состава.

Магнитная дефектоскопия применяется для контроля деталей из Ферромагнитных материалов (сталей). Существуют два метода:

метод магнитных который применяют для выявления различных деталей (трещин, раковин), и метод магнитной структуроскопии, позволяющий судить о результатах термической обработки и о структуре исследуемых материа­лов по их магнитным характеристикам. Метод магнитных порошков основан на создании в испытуемой детали магнитного поля. Внутрен­ние пороки вызывают искажение формы магнитных силовых линий в детали и на ее поверхности, которое может быть обнаружено при посы­пании детали мелкими железными опилками (сухая магнитная дефектоскопия) или обливании ее спе­циальной эмульсией, содержащей железные опилки (мокрая маг­нитная дефектоскопия). По форме узора, образуемого порошком на по­верхности детали, судят о характере ее пороков.

Возможности выявления трещин и других пороков в деталях методом магнитных порошков связаны с вза­имным расположением магнитных силовых линий и плоскости трещи­ны. Резкое искажение формы маг­нитных силовых линий с выходом на поверхность создают только трещи­ны неглубокого залегания, располагающиеся поперек линий поля

По этой причине применяют два метода дефектоскопии: с циркулярным намагничиванием для выявления трещин, расположенных в направлении оси детали.

С импульсным намагничиванием для выявления трещин

расположенных поперек оси детали (рис. XIV.2, в). Дефектоскопия по методу полюсного намагничива­ния имеет большее применение, так как основное влияние на прочность деталей подвижного состава оказываются перечные трещины. Магнитной проверке подвергают оси колесных пар, валы тяговых двигателей, зубья шестерен, коренные листы рессор, подвески люльки, полуоси, трубу карданного вала и другие ответственные детали.

мокрый способ —при проверке деталей с шлифованными и полированными поверхностями. Магнитная эмульсия для мокрого способа дефектоскопии представляет собой смесь магнитного порошка трансформаторным маслом (200 г порошка на 1 _л масла) Основными тинами дефектоскопов для магнитного контроля методом порошков являются неразъемный соленоидного типа, седлообразный и дефектоскоп для проверки зубчатых колес. Разъ­емными дефектоскопами проверяют, в частности, среднюю часть оси колесной пары. Дефектоскоп для этой проверки состоит из соленои­да с разъемным магнитопроводом. Для удобства его располагают на тележке, которая перемещается вдоль оси колесной пары на специальным направляющим. Колесную пару укладывают шейками на роликах подъемников, которые позволяют правильно установить; ее относительно дефектоскопа и легко проворачивать. Для провер­ки нужных мест перемещают дефектоскоп вдоль оси колесной па­ры, одновременно посыпая ее магнитным порошком.

Большое влияние на возможность выявления пороков имеет глубина залегания трещины. Методом магнитной Дефектоскопии легко обнаруживают поверхностные трещины в деталях (см. рис. XIV.2, а). Внутренние пороки, даже при сравнительно неглу­боком их залегании от поверхности детали, обнаружить трудно. Большое влияние на возможность выявления внутренних пороков оказывает род намагнчивающего тока (постоянный или перемен­ный) и напряженность создаваемого им магнитного поля. Магнитный контроль можно производить постоянным и переменным током.

Недостатком магнитной дефектоскопии является то, что она применима для контроля деталей только из ферромагнитных материалов и позволяет обнаруживать в основном только поверхностные пороки: трещины, раковины, волосовины, и пр., расположенные на самой поверхности или в непосредственной близости от нее. Кроме того магнитная дефектоскопия мало пригодна для проверки деталей сложной формы.

Ультразвуковая дефектоскопия основана на свойстве ультразвука отражаться на границе раздела сред, в которых он распространяется. Ультразвуковой дефектоскоп позволяет осуществить передачу направленного ультразвукового излучения в проверяемую деталь и раздельно принять его отражение волны от стенок деталей и внутренних пороков. Существующие дефектоскопии дают возможность проверять деталь из любых металлов и сплавов и обнаруживать пороки площадью 3-4 м на глубине до 1 м. пороки расположены на сравнительно небольшой глубине ( до 200-300мм), легко обнаружить этим методом, даже если их размеры не превышают 1-2 мм.

Принципиальная схема ультразвукового дефектоскопа показана на рисунке. В него входят: генератор 1 импульсов, возбуждающий ультразвуковые колебания пьезопластинки, встроенной в щуп-вибратор 2, который эти колебания передает в прозвучиваемый металл, щуп-резонатор 4 с пьезопластннкой, улавливающий отраженные колебания; приемно-усилительное устройство, усиливающее эти колебания; электрон­нолучевая трубка 7 с генератором развертки 6, обеспечивающая воз­можность визуального наблюдения на экране подаваемою и отра­женных сигналов. На экране трубки, условно изображенной на рисунке, показаны три пика, первый из которых, а соответствует за­писи походного импульса, поданного в деталь, второй Ь — отражен­ному импульсу от дефекта (трещины 3) внутри изделия третий с — отраженному импульсу от противоположной поверхности изделия (так называемый донный сигнал). Конструкция шумов 2 и 4. используемых в качестве излучателей (вибраторов) и приемников (резонатора ультразвуковых колебаний, показана на рис. XIV.3, б. Шуп А предназначается для прозвучивания деталей с поверхностью не ниже 4-го класса чистоты (шлифованных или полированных), а щуп В —для прозвучивания детален с сильно шероховатой поверхностью. Основным элементом щупа является пьезоэлемепт 5, которым чаще всего является пластинка из титаната бария. Через накладку 7 он плотно соприкасается с контактным выводом 2, которые связан кабелем с генератором импульсов или усилителем дефекотоскопа (см. рис. XIV. 3, а). Контактный вывод прижат к пьезопластинке 5 натяжной гайкой 4 через изоляционную втулку 3. Пьезопластинка отделена от корпуса изоляционной втулкой 6. Щуп В дополнительно имеет резиновую контактную оболочку 8_, в которой заключена жидкость 9. Резиновая оболочка обеспечивает плотный контакт с поверхностью изделия, а жидкость — передачу колебаний пьезопластинки 5 поверхности изделия, или наоборот. При работе щупа вибратором к нему через ^:контактный вывод 2 подается от генератора импульсов переменное напряжение звуковой частоты, которое вызывает соответствующие механические колебания пьезопластинки. Эти колебания передаются в прозвучиваемый металл. При работе щупа резонатором механиче­ские колебания поверхности детали вызывают механические колебания пьезопластинки и появление на ее поверхностях электрических зарядов, которые снимаются контактным выводом 2 и создают электрический ток. Последний усиливается и поступает на пластины развертки электроннолучевой трубки дефектоскопа. Для облегчения перехода ультразвуковых волн с пьезопластинки вибратора в деталь и из детали на пьезопластинку резонатора поверхность детали в месте установки щупов смазывают маслом.

Применяют две основные схемы ультразвуковой дефектоскопии, на проход по методу звуковой тени —1 и по методу отражениями 2 (рис. XIV.3, в). Первая из них требует установки вибраторов В и

резонаторов Р с разных сторон изделия. Порок Д детали просвечи­вается «на проход». Применение этой схемы в ряде случаев ограничено. Дефектоскопия по методу отражения допускает установку вибраторов и резонаторов на одну и ту же поверхность изделия. Этот метод удобен и имеет более широкое распространение. Недостатком его является трудность выявления поверхностных пороков, связанная с образованием под поверхностью делали «мертвых зон» которые не могут быть прозвучены. Глубина мертвой зоны зависит от конструкции щупов. Применяют так называемые щупы для глубокого прозвучивания и наклонные щупы для неглубокого прозвучивания деталей. Механизм образования мертвых зон для этих щупов показан на рис. XIV. 3, г. Глубина h1, мертвой зоны при работе прямыми щупами в 5-6 раз больше глубины h2, мертвой зоны при работе наклонными щупами. С другой стороны применение щупов с наклонными головками приводит к уменьшению максимальной глубины Т прозвучивания деталей. Как видно из схемы, в этом случае при соответсвующей настройке дефектоскопа, можно работать без «донного» сигнала.

Основным недостатком ультразвуковой дефектоскопии являются трудности ее применения для контроля деталей сложной формы. Каждая деталь требует индивидуальной настройки дефектоскопа, при которой нужно разобраться во всех отраженных сигналах и определить наиболее удобные места установки щупов.

Метод просвечивания заключается в облучении деталей рентеновскими лучами или радиоактивных веществ: радия, урана, радиоактивного кобальта и др. О наличии внутренних пороков судя по изменению интенсивности излучения на выходе из металла.

В качестве источника излучения используют рентгеновскую лампу или камеру с радиоактивным веществом, а в качестве приемника кассету с фотопленкой. Просвечиваемое изделие помещают между лампой или камерой и кассетой. Структуру и пороки металла обнаруживают после проявления пленки. Методами просвечивания чаще всего контролируют качество сварки ответственных коротких швов. Для просвечивания изделий толщиной до 20 мм чаще пользуются рентгеновскими лучами толщиной более 50 мм – гамма-лучами радиоактивных веществ. Более проста установка для просвечивания лучами радиоактивных веществ, так как она не требует применение специальной аппаратуры. В основном же метод просвечивания применяют редко ввиду его трудоемкости.

Люминесцентный метод дефектоскопии применяют для выявления трещин в деталях из немагнитных материалов: алюминия, меди и их сплавов. Деталь покрывают раствором окиси магния способным флуоресцировать под действием ультрафиолетовых лучей кварцевой лампы, а затем промывают водой. При этой промывке раствор удаляется с поверхности изделия, но остается в полостях трещин и других поверхностных пороков. Подготовленную таким образом деталь сушат, покрывают порошком, впитывающим оставшийся в трещинах флуоресцирующий раствор, и осматривают в лучах квар­цевой лампы через фильтр. На тех участках, где порошок впитал в себя раствор, возникает яркое зеленое свечение, позволяющее об­наружить места расположения трещин. Люминесцентный ме­тод контроля позволяет выявить только поверхностные дефекты деталей.

Метод красок применяется как один из наиболее простых ме­тодов выявления поверхностных трещин деталей из любого металла. Деталь при этом методе дефектоскопии погружают в смесь масла и керосина с добавкой красителей, затем вынимают, насухо вытирают и покрывают меловой пудрой, растворенной в воде. Масло, высту­пившее из трещин на меловую пудру, дает после высыхания ярко окрашенный узор, характеризующий наличие и расположение волосовин, трещин и других пороков, выходящих наружу.

Метод красок по своей точности успешно может соперничать с методами магнит­ной дефектоскопии, исключая лишь случаи, когда трещины и воло­совины имеют слишком малую глубину.

В настоящее время в практике ремонта подвижного состава городского электрического транспорта исключительное применение имеет магнитная дефектоскопия, которая не требует сложного оборудования и обеспечивает достаточную точность контроля.